CN114203851A - 异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法，该异质结太阳能电池包括衬底层；在衬底层的受光面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层；第一掺杂层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，第一掺杂子层靠近第一本征层，第三掺杂子层靠近第一透明导电层，第二掺杂子层设置在第一掺杂子层和第三掺杂子层之间；第一掺杂子层的晶化率较大而第二掺杂子层晶化率较小，第一掺杂子层和第三掺杂子层相对于第二掺杂子层电导率较大但载流子迁移率较小，本发明的异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法，可以降低载流子浓度，提高光吸收与传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏高效太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法。
背景技术
新一代硅基异质结(HJT，Heterojunction)太阳能电池具有高的光电转换效率，高开路电压，且温度系数低，无光致衰减和电致衰减，另外制程中工艺温度低，更节能。异质结电池逐渐成为光伏最热门的研究方向。现有HJT电池结构是在N型单晶硅上沉积非晶硅本征层和非晶硅掺杂层。而非晶硅掺杂层的主要作用是形成PN结和场钝化效应。同时影响非晶硅本征层与非晶硅掺杂层以及非晶硅掺杂层与透明导电玻璃(透明导电)层等界面间的载流子传输影响电池的光电性能，光伏发电技术日益光伏发电技术进步，现有技术中的非晶硅掺杂层结构使得界面间载流子传输的效率低，场钝化性能较弱，逐渐不能满足高效HJT太阳能电池的需求，在降低接触电阻接触与提升导电性能方面有待进一步改进，从而提升HJT太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种异质结太阳能电池，该异质结太阳能电池可以有效的改善N型非晶硅掺杂层和非晶硅本征层以及透明导电透明导电层之间的载流子传输行为，降低接触电阻，又能增强N型非晶硅掺杂层的场钝化性能，提升光电转换效率。
本发明第二个目的在于提出一种制备异质结太阳能电池的方法。
为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的异质结太阳能电池，包括：衬底层；在所述衬底层的受光面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层；其中，所述第一掺杂层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，所述第一掺杂子层靠近所述第一本征层，所述第三掺杂子层靠近所述第一透明导电层，所述第二掺杂子层设置在所述第一掺杂子层和所述第三掺杂子层之间；所述第一掺杂子层的晶化率大于等于所述第二掺杂子层的晶化率。
根据本发明实施例的异质结太阳能电池，衬底层为N型晶体硅片，在衬底层的受光面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层，第一本征层主要作用是钝化硅表面的缺陷，第一掺杂层主要作用是形成PN结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，第一透明导电层主要作用是收集光生载流子，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的晶化率，提高晶化率可以提升垂直方向光的传输从而提升垂直方向的电导率，可以提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，且工艺参数调节更加灵活，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施例中，所述第一掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，所述第三掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，提升第一掺杂子层和第三掺杂子层的电导率可以提升载流子浓度，从而提升导电性能。所述第二掺杂子层的载流子迁移率大于等于所述第一掺杂子层的载流子迁移率且大于等于所述第三掺杂子层的载流子迁移率，提升载流子的迁移率从而能提高非晶硅本征层和非晶硅掺杂层以及非晶硅掺杂层和透明导电玻璃(透明导电)层界面间的载流子传输，增强光的吸收能力，且工艺参数调节更加灵活，同时增强N型掺杂层场钝化的作用，能够更进一步提升太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施例中,所述第一掺杂子层的晶化率的取值范围为20％≤C1≤70％，所述第一掺杂子层的载流子迁移率μ1的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ1，所述第一掺杂子层的电导率ε1的取值范围为0.1s/cm≤ε1≤100s/cm。
在一些实施例中,45％≤C1≤65％，20cm2V-1S-1≤μ1，10s/cm≤ε1≤50s/cm。
在一些实施例中,所述第二掺杂子层的晶化率的取值范围为20％≤C2≤70％，所述第二掺杂子层的载流子迁移率μ2的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ2，所述第二掺杂子层的电导率ε2的取值范围为0.01s/cm≤ε2≤10s/cm。
在一些实施例中,30％≤C2≤50％，45cm2V-1S-1≤μ2，0.1s/cm≤ε2≤1s/cm。
在一些实施例中,，所述第三掺杂子层的载流子迁移率μ3的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ2，所述第三掺杂子层的电导率ε3的取值范围为0.1s/cm≤ε3≤100s/cm。
在一些实施例中,20cm2V-1S-1≤μ3，10s/cm≤ε3≤50s/cm。
掺杂子层采用上面的晶化率和电导率和载流子迁移率的取值范围，可以提升载流子浓度，提升垂直方向光的传输从而提升光的吸收效果，使得掺杂层与本征层以及掺杂层与透明导电层更好的电接触，提高载流子传输效率。
在一些实施例中,在所述衬底层的另一面上叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二透明导电层。
在一些实施例中，所述第一本征层的厚度h1取值范围为5nm≤h1≤11nm，所述第一掺杂层的厚度h2取值范围为5nm≤h2≤15nm，所述第二掺杂层的厚度h3的取值范围为9nm≤h3≤21nm，所述第一透明导电层的厚度h4取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二透明导电层的厚度h5取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二本征层的厚度h6取值范围为5nm≤h6≤11nm。
本征层和掺杂层以及透明导电层采用上面的厚度的取值范围，可以减少层间应力，使得掺杂层与本征层以及掺杂层与透明导电层更好的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，提高载流子传输效率。
为了达到上述目的，本发明第二方面实施例的制备异质结太阳能电池的方法，包括：在衬底层的一面上制备第一本征层；在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层的晶化率大于等于所述第二掺杂子层的晶化率；在所述第三掺杂子层上沉积第一透明导电层；在所述第一透明导电层上形成正面电极。
根据本发明实施例制备异质结太阳能电池的方法，设置第一掺杂子层的晶化率较大而第二掺杂子层晶化率较大，可以提高垂直方向光的传输从而提升垂直方向的电导率。设置第一掺杂子层和第三掺杂子层的电导率较大但载流子迁移率较小，可以提高载流子浓度，可以提高光吸收。
通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征曾和透明导电层靠近的掺杂子层的厚度和载流子浓度，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
在一些实施例中，所述第一掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，所述第三掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率所述第二掺杂子层的载流子迁移率大于等于所述第一掺杂子层的载流子迁移率且大于等于所述第三掺杂子层的载流子迁移率。
在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，包括：在所述第一本征层上制备第一掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层的制备条件满足：以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比N1的取值范围为1≤N1≤2，SiH4与H2的浓度比N2的取值范围为1/50≤N2≤1/10。
在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，还包括：在所述第一掺杂子层上制备第二掺杂子层，其中，所述第二掺杂子层的制备条件满足：以SiH4、PH3和CO2为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比例N3的取值范围满足0.1≤N3≤1，SiH4与CO2的浓度比例N4取值范围满足0.1≤N4≤1，SiH4与H2的浓度比例N5取值范围满足1/60≤N5≤1/20。
在一些实施例中，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，还包括：在所述第二掺杂子层上制备第三掺杂子层，其中，所述第三掺杂子层的制备条件满足：以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比例N6取值范围满足1≤N6≤2，SiH4与H2的浓度比例N7取值范围满足1/50≤N7≤1/10。
在一些实施例中，其中N1＝1.7,N2＝1/30，N3＝0.8，N4＝0.3,N5＝1/50,N6＝1.7,N7＝1/35。
在一些实施例中，所述方法还包括：在所述衬底层的另一面上制备第二本征层；在所述第二本征层上制备第二掺杂层；在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；在所述第二透明导电层上形成背面电极。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的异质结太阳能电池结构的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的制备异质结太阳能电池的方法的流程图。
附图标记：
异质结太阳能电池100、衬底层10、第一本征层20、第一掺杂层30、第一透明导电层40、第二本征层50、第二掺杂层60、第二透明导电层70、正面电极80、背面电极90、第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示处，其中自始至终相同或类似的元件标号表示相同或类似的元件具有相同或类似的功能的元件，参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，下面详细描述本发明的实施例。
下面结合附图描述本发明实施例异质结太阳能电池和制备异质结太阳能电池的方法。
图1是根据本发明一个实施例的HJT异质结太阳能电池结构示意图。
如图1所示，本发明实施例的异质结电池100包括衬底层10、第一本征层20、第一掺杂层30、第一透明导电层40、第二本征层50、第二掺杂层60、第二透明导电层70、正面电极80、背面电极90、第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303。
其中，在实施例中，衬底层10可以为N型晶体硅片，在衬底层10的一面上叠层设置有第一本征层20、第一掺杂层30和第一透明导电层40，其中，例如，在衬底层10的一面可以为受光面，可以设置第一本征层20为非晶硅本征层，非晶硅本征层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合。可以设置第一掺杂层30为N型非晶硅掺杂层，N型非晶硅掺杂层的主要作用是形成PN结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，可以设置第一透明导电层40为透明导电导电层，透明导电导电层具有透光率和导电性，主要作用是收集光生载流子并且能让太阳光进入电池体内。第一掺杂层30包括叠层设置的至少三层掺杂子层，例如可以将第一掺杂层30设置成三层例如图1中的第一掺杂子层301、第二掺杂子层302、第三掺杂子层303，也可以根据需要设置三层以上的掺杂子层。其中，可以设置第一掺杂子层301靠近第一本征层20，第三掺杂子层303靠近第一透明导电层40，第二掺杂子层302设置在第一掺杂子层301和第三掺杂子层303之间，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，在实施例中，可以设置第一掺杂子层301的晶化率大于等于第二掺杂子层302的晶化率，可以提高第一掺杂子层301对于垂直方向光的吸收与传输。
本发明实施例的异质结太阳能电池100，区别于现有的异质结太阳能电池主要是，第一掺杂层30包括叠层设置的至少三层掺杂子层，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，在氧氛围中制备第二掺杂子层，可以增大第二掺杂子层的带隙，减小光吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。制备时通过提高与本征曾和透明导电层靠近的掺杂子层的晶化率，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，提升垂直方向光的传输从而提升垂直方向的电导率导电性更好，工艺参数调节更加灵活，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，可以设置第一掺杂子层301的电导率大于等于第二掺杂子层302的电导率且第三掺杂子层303的电导率大于等于第二掺杂子层302的电导率，提升电导率，同时载流子浓度也会增大。还可以设置第二掺杂子层302的载流子迁移率大于等于第一掺杂子层301的载流子迁移率且大于等于第三掺杂子层303的载流子迁移率，通过设置第二掺杂层302的载流子迁移率从而提升光的吸收效果，提高光电传输效率。
本发明实施例的异质结太阳能电池100，制备时通过调节与本征曾和透明导电层靠近的掺杂子层的电导率和载流子迁移率，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
在本发明的一些实施例中，可以设置第一掺杂子层301的晶化率为C1，可以设置C1的取值范围为20％≤C1≤70％，可以设置第一掺杂子层301的载流子迁移率为μ1，可以设置μ1的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ1，可以设置第一掺杂子层301的电导率为ε1，可以设置ε1的取值范围0.1s/cm≤ε1≤100s/cm。例如，C1取值为20％或50％或70％，μ1取值为10cm2V-1S-1或者20cm2V-1S-1或者50cm2V-1S-1，ε1的取值为0.1s/cm或50s/cm或100s/cm等。第一掺杂子层301的晶化率相对于第二掺杂子层302较大，可以提高垂直方向光的传输从而提升垂直方向的电导率。电导率较大但载流子载流子迁移率较小，可以提高载流子浓度，可以提高光吸收，利于提高本征层的光电转换。
进一步的，在本发明的一些实施例中，可以设置C1的优选的取值范围为45％≤C1≤65％，可以设置μ1的优选的取值范围为20cm2V-1S-1≤μ1，可以设置ε1的优选的取值范围为10s/cm≤ε1≤50s/cm。例如，C1取值为45％或50％或65％，μ1取值为20cm2V-1S-1或者50cm2V- 1S-1或者100cm2V-1S-1，ε1的取值为10s/cm或30s/cm或50s/cm等。在此取值范围内，可以获得更好的垂直方向的电导率，提高载流子浓度，提高光吸收，提高本征层的光电转换。
在本发明的一些实施例中，可以设置第二掺杂子层302的晶化率为C2，C2的取值范围为20％≤C2≤70％，可以设置第二掺杂子层302的载流子迁移率为μ2，μ2的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ2，可以设置第二掺杂子层302的电导率为ε2，ε2的取值范围为0.01s/cm≤ε2≤10s/cm。例如，C2取值为20％或50％或70％，μ2取值为10cm2V-1S-1或者20cm2V-1S-1或者50cm2V-1S-1，ε1的取值为0.1s/cm或0.5s/cm或1s/cm等。
进一步的，在本发明的一些实施例中，可以设置C2的优选的取值范围为30％≤C2≤50％，可以设置μ2的优选的取值范围为45cm2V-1S-1≤μ2，可以设置ε2的优选的取值范围为0.1s/cm≤ε2≤1s/cm。例如，C2取值为30％或40％或50％，μ2取值为45cm2V-1S-1或60cm2V-1S-1或者100cm2V-1S-1，ε1的取值为0.1s/cm或0.5s/cm或1s/cm等。
以上，第二掺杂子层302的晶化率相对于第一掺杂子层302较小，电导率较小但载流子载流子迁移率较大，可以降低载流子浓度，可以减小该层对光的吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。在此取值范围内，可以获得更好的垂直方向的电导率，提高载流子浓度，提高光吸收，提高本征层的光电转换。
在本发明的一些实施例中，可以设置第三掺杂子层303的载流子迁移率为μ3，μ3的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ3，可以设置第三掺杂子层303的电导率为ε3，ε3的取值范围为0.1s/cm≤ε3≤100s/cm。例如，μ3取值为10cm2V-1S-1或者20cm2V-1S-1或者50cm2V-1S-1，ε3的取值为0.1s/cm或50s/cm或100s/cm等。第三掺杂子层303的电导率较大但载流子载流子迁移率较小，可以提高载流子浓度，可以提高光吸收，利于提高本征层的光电转换。
在本发明的一些实施例中，可以设置μ3的优选的取值范围为20cm2V-1S-1≤μ3，可以设置ε3的优选的取值范围为10s/cm≤ε2≤50s/cm。例如，μ3取值为20cm2V-1S-1或者50cm2V- 1S-1或者100cm2V-1S-1，ε3的取值为10s/cm或30s/cm或50s/cm等。在此取值范围内，可以获得更好的垂直方向的电导率，提高载流子浓度，提高光吸收，提高本征层的光电转换。
在本发明的一些实施例中，如图1所示，可以在衬底层10的另一面叠层设置有第二本征层50、第二掺杂层60和第二透明导电层70。其中，例如，衬底层10的另一面可以为背光面，可以设置第二本征层500为非晶硅本征层，非晶硅本征层的主要作用是钝化硅表面的缺陷，进而降低载流子复合。可以设置第二掺杂层60为P型非晶硅掺杂层，P型非晶硅掺杂层的主要作用是形成PN结和场钝化效应同时也会影响界面间的载流子传输，第二透明导电层70具有透光率和导电性，主要作用是收集光生载流子并且能让太阳光进入电池体内。
在本发明的一些实施例中，可以设置第一本征层20的厚度为h1，可以设置h1的取值范围为5nm≤h1≤11nm，例如7nm或者9nm或者10nm；可以设置第一掺杂层30的厚度为h2，可以设置h2的取值范围为5nm≤h2≤15nm，例如7nm或者9nm或者10nm或者14nm；可以设置第二掺杂层60的厚度为h3，可以设置h3的取值范围为9nm≤h3≤21nm，例如，10nm或者15nm或者18nm或者20nm；可以设置第一透明导电层40的厚度为h4，可以设置h4的取值范围为70nm≤h6≤120nm，，例如，80nm或者100nm或者115nm；可以设置第二透明导电层70的厚度为h5，可以设置h5的取值范围为70nm≤h5≤120nm，例如，80nm或者90nm或者110nm；可以设置第二本征层的厚度h6，可以设置h6的取值范围为5nm≤h6≤11nm，例如，7nm或者9nm或者10nm。每层的厚度可以根据具体需求进行制备。
例如，第一本征层20的厚度h1可以为7nm，第二掺杂层60的厚度h3可以为9nm，第一透明导电层40的厚度h4可以为90nm，第二透明导电层70的厚度h5可以为90nm，第二本征层50的厚度h6可以为7nm。
下面参照附图描述根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法。
在实施例中，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法包括：在衬底层的一面上制备第一本征层，在第一本征层上制备第一掺杂层，例如，可以通过沉积方法制备或者外延生长方法制备，具体制备方法在此不作具体限制。
其中，制备的第一掺杂层包括叠层设置的至少三层掺杂子层。例如，可以在第一本征层上制备的第一掺杂层可以包括：在第一本征层上制备第一掺杂子层；在氧氛围中在第一掺杂子层上制备第二掺杂子层；在第二掺杂子层上制备第三掺杂子层。可以设置第一掺杂子层301的晶化率较大而第二掺杂子层302晶化率较小，提高第一掺杂子层301的晶化率可以提高垂直方向光的传输从而提升垂直方向的电导率。还可以在第一掺杂层上制备第一透明导电层，在第一透明导电层上形成正面电极。
根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好。制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的晶化率可以提高垂直方向光的传输，提升光的吸收效果，从而保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
在本发明的一些实施例中，可以设置第一掺杂子层的电导率大于等于第二掺杂子层的电导率，第三掺杂子层的电导率大于等于第二掺杂子层的电导率。第二掺杂子层的载流子迁移率大于等于第一掺杂子层的载流子迁移率且大于等于所述第三掺杂子层的载流子迁移率。其中，第一掺杂子层和第三掺杂子层与第二掺杂子层相比，电导率较大但载流子载流子迁移率较小，可以提高载流子浓度，可以提高光吸收，利于提高本征层的光电转换。而第二掺杂子层，电导率较小但载流子载流子迁移率较大，可以降低载流子浓度，可以减小该层对光的吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。
本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，在制备过程中，对制备环境也有一定的要求，其中，以第一掺杂层包括三层掺杂子层为例，第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层可以在一定的气体环境中进行制备。在实施例中，在第一本征层上制备第一掺杂子层时，可以以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体。PH3与SiH4的浓度比N1的取值范围可以为1≤N1≤2，SiH4与H2的浓度比N2的取值范围可以为1/50≤N2≤1/10，例如，N1取值为1或1.5或2，N2取值为1/10或者1/30或者1/50等。
进一步的，在本发明的一些实施例中，其中，在第一掺杂子层上制备第二掺杂子层时，可以以SiH4、PH3和CO2为反应气体，以H2为稀释气体。PH3与SiH4的浓度比例N3的取值范围满足0.1≤N3≤1，SiH4与CO2的浓度比例N4取值范围满足0.1≤N4≤1，SiH4与H2的浓度比例N5取值范围满足1/60≤N5≤1/20。例如，N3取值为0.1或0.8或1.5，N4取值为0.1或0.8或1.5，N5取值为1/20或1/40或1/60等。在制备第二掺杂子层的过程中，相较于制备第一掺杂子层的气体环境，在反应气体中增加了CO2，在氧氛围中制备第二掺杂子层，可以增大第二掺杂子层的带隙，减小光吸收，利于光传输，提高本征层的光电转换。
更进一步的，在本发明的一些实施例中，其中，在第二掺杂子层上制备第三掺杂子层时，可以以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体。PH3与SiH4的浓度比例N6取值范围满足1≤N6≤2，SiH4与H2的浓度比例N7取值范围满足1/50≤N7≤1/10。例如，N6取值为1或1.5或2，N7取值为1/10或1/30或1/50等。
根据本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，通过在一定的气体环境中叠层制备三层掺杂子层，利于光传输，提升光的吸收效果，提高本征层的光电转换，工艺参数调节更加灵活，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
以及，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法还包括：在衬底层的另一面上制备第二本征层；在第二本征层上制备第二掺杂层；以及在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；以及，在第二透明导电层上形成背面电极。从而形成异质结太阳能电池结构，在实施例中，第二掺杂层可以采用单层或者双层或者三层甚至三层以上的掺杂子层，在此不作具体限制。
其中，通过本发明实施例的方法，通过设置或者调节相应的工艺参数制备出以上结构的异质结太阳能电池，其各个层的晶化率和电导率以及载流子迁移率可以参照上文的说明。
图2是根据本发明一个实施例的制备异质结太阳能电池的方法流程图。其中，第一本征层为非晶硅层，第一掺杂层为三层N型非晶硅掺杂子层，其中中间的掺杂子层可以为非晶氧化硅层，第二掺杂层为P型非晶硅层，透明导电层为TCO层。
如图2所示，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法至少包括步骤S201-S209。
S201:选取N型晶硅基底进行制绒，清洗处理，N型晶硅基底即异质结电池的衬底层。
S202:在受光面沉积非晶硅本征层，可以在受光面沉积非晶硅本征层，沉积方法可以采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)方法，利用PECVD方法可以减少太阳光的反射率，增加光电转换效率。可以将非晶硅本征层的厚度设置为7nm。
S203:在受光面沉积具有三层结构的N型非晶硅掺杂层，可以通过PECVD方法在衬底层的受光面沉积具有三层结构的N型非晶硅掺杂层，在第一本征层外侧沉积第一掺杂子层，可以将第三掺杂子层设置在靠近第一透明导电层侧，第二掺杂子层可以设置在第一掺杂子层和第三掺杂子层之间。
表1-1为制备异质结太阳能电池的方法的PECVD参数表。
表1-2为制备异质结太阳能电池的方法的物理参数表。
表1-3为制备异质结太阳能电池的方法的电性能参数表。
在现有技术中，如表1-1所示，制备掺杂子层的气体环境一般可以为N1＝1.6、N2＝1/20、N3＝1、N4＝0.4、N5＝1，可以得到如表1-2所示的第一掺杂子层的晶化率为55％，载流子迁移率为205cm2V-1S-1，电导率为10s/cm；第二层掺杂子层的晶化率为40％，载流子迁移率为40cm2V-1S-1，电导率为0.8s/cm，也可以得到如表1-3所示的开路电压为793.3mV，短路电流为9.259A，转换因子为81.7％，转换效率为22.89％，电导率比较低，转换效率也比较低，则导电性能不好，本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法与现有技术相比，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，通过调整制备掺杂子层的气体环境中各种气体的比值，从而提升异质结太阳能电池的电导率，能提高光吸收效果，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法，以第一掺杂层包括三层掺杂子层为例，可以在不同的制备环境中分别设置好与三层掺杂子层相对应的厚度、晶化率、载流子迁移率以及电导率。例如，在实施例1中，可以设置第一层掺杂子层的厚度为2nm，第二层掺杂子层的厚度为6nm，第三层掺杂子层的厚度为2nm。在制备三层掺杂子层的过程中，如表1-1所示在N1＝1.7、N2＝1/30、N3＝0.8、N4＝0.3、N5＝1/50、N6＝1.7、N7＝1/35的环境下制备三层杂子层，则可以得到如表1-2中相对应的第一掺杂子层的晶化率为60％，载流子迁移率为25cm2V-1S-1，电导率为45s/cm；第二层掺杂子层的晶化率为55％，载流子迁移率为50cm2V- 1S-1，电导率为0.8s/cm；第三层掺杂子层的载流子迁移率为25cm2V-1S-1，电导率为45s/cm。也可以得到如表1-3中所示的开路电压为740.5mV，短路电流为9.289A，转换因子为81.75％，转换效率为23.02％。与现有技术相比可以有效提升异质结太阳能电池的光电转换效率。
再例如，在实施例2中，如表1-1所示，在制备三层掺杂子层的过程中可以在N1＝1.3、N2＝1/20、N3＝0.4、N4＝0.3、N5＝1/50、N6＝1.3、N7＝1/20的环境下制备三层杂子层，则可以得到如表1-2中相对应的第一掺杂子层的晶化率为50％，载流子迁移率为20cm2V-1S-1，电导率为35s/cm；第二层掺杂子层的晶化率为40％，载流子迁移率为40cm2V-1S-1，电导率为0.5s/cm；第三层掺杂子层的载流子迁移率为20cm2V-1S-1，电导率为35s/cm。也可以得到如表1-3中所示的开路电压为739.3mV，短路电流为9.251A，转换因子为81.59％，转换效率为22.84％。与现有技术相比也可以有效提升异质结太阳能电池的光电转换效率。
在实施例中，在制备三层掺杂子层的过程中，还可以选取如表1-1中实施例3所示的气体环境中的各种气体比值，例如，N1＝1.1、N2＝1/30、N3＝0.3、N4＝0.9、N5＝1/25、N6＝1.1、N7＝1/30，则可以得到如表1-2中相对应的第一掺杂子层的晶化率为45％，载流子迁移率为25cm2V-1S-1，电导率为30s/cm；第二层掺杂子层的晶化率为40％，载流子迁移率为35cm2V-1S-1，电导率为0.3s/cm；第三层掺杂子层的载流子迁移率为25cm2V-1S-1，电导率为30s/cm。也可以得到如表1-3中所示的开路电压为737.7mV，短路电流为9.279A，转换因子为81.71％，转换效率为22.89％。与现有技术相比也可以有效提升异质结太阳能电池的光电转换效率。
本发明实施例的制备异质结太阳能电池的方法的制备过程，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，通过在一定的气体环境中叠层制备三层掺杂子层，并且调整制备掺杂子层的气体环境中各种气体的比值，从而提升异质结太阳能电池的电导率，利于光传输，提升光的吸收效果，提高本征层的光电转换，工艺参数调节更加灵活，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
表1-1
表1-2
| 开路电压/mV | 短路电流/A | 转换因子/％ | 转换效率/％ | |
| 实施例1 | 740.5 | 9.289 | 81.75 | 23.02 |
| 实施例2 | 739.3 | 9.251 | 81.59 | 22.84 |
| 实施例3 | 737.7 | 9.279 | 81.71 | 22.89 |
| 现有技术 | 739.3 | 9.259 | 81.7 | 22.89 |
表1-3
S204:在背光面沉积非晶硅本征层，可以通过PECVD方法在衬底层的背光面沉积非晶硅本征层，可以设置非晶硅本征层的厚度为7nm。
S205:在背光面沉积P型非晶硅掺杂层，可以通过PECVD方法在衬底层的背光面非晶硅本征层外侧沉积P型非晶硅掺杂层，可以设置P型非晶硅掺杂层厚度为9nm。
S206:沉积透明导电导电层，透明导电导电层可以包括第一透明导电层以及第二透明导电层，第一透明导电层可以设置在靠近第三层掺杂子层外侧，第二透明导电层可以设置在P型非晶硅掺杂层外侧，即可以在第一掺杂层上沉积第一透明导电层，以及可以在第二掺杂层上沉积第二透明导电层，可以设置透明导电导电层的厚度为90nm，沉积方法可以采用RPD(reactive plasma deposition,反应等离子体沉积)或PVD(Physical VaporDeposition，物理气相沉积)方法，这两种方法目前已经广泛应用于晶体硅、薄膜电池等多种太阳能电池的制备中，PVD方法具有制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点，RPD方法具有材料成本低，占地面积小、高操作性以及低表面损伤等多种优点。
S207:通过丝网印刷形成正背面Ag电极，即在第一透明导电层上通过丝网印刷形成正面电极，以及，在第二透明导电层上通过丝网印刷形成背面电极，其中，正面电极和背面电极均可以设置成银电极。
S208:烧结固化，通过烧结固化可以使得金属栅线与透明导电导电层之间形成良好的欧姆接触。
S209:测试电池的电性能。
总的来说，本发明实施例的异质结太阳能电池及其制备方法，通过将第一掺杂层设置为至少三层掺杂子层，通过中间掺杂层可以减少层间应力，制备时通过调节与本征层和透明导电层靠近的掺杂子层的晶化率和电导率以及载流子迁移率，可以获得更好的掺杂层与本征层的电接触以及掺杂层与透明导电层的电接触，导电性更好，工艺参数调节更加灵活，能有效改善界面间的载流子传输行为，提升垂直方向光的传输从而提升光的吸收效果，保证电荷有效传输，提高异质结太阳能电池的光电转换效率。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (17)
1.一种异质结太阳能电池，其特征在于，包括：
衬底层；
在所述衬底层的一面上叠层设置有第一本征层、第一掺杂层和第一透明导电层；
其中，所述第一掺杂层包括第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，所述第一掺杂子层靠近所述第一本征层，所述第三掺杂子层靠近所述第一透明导电层，所述第二掺杂子层设置在所述第一掺杂子层和所述第三掺杂子层之间；
所述第一掺杂子层的晶化率大于等于所述第二掺杂子层的晶化率。
2.根据权利要求1所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，所述第三掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，所述第二掺杂子层的载流子迁移率大于等于所述第一掺杂子层的载流子迁移率且大于等于所述第三掺杂子层的载流子迁移率。
3.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一掺杂子层的晶化率的取值范围为20％≤C1≤70％，所述第一掺杂子层的载流子迁移率μ1的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ1，所述第一掺杂子层的电导率ε1的取值范围为0.1s/cm≤ε1≤100s/cm。
4.根据权利要求3所述的异质结太阳能电池，其特征在于，45％≤C1≤65％，20cm2V-1S-1≤μ1，10s/cm≤ε1≤50s/cm。
5.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第二掺杂子层的晶化率的取值范围为20％≤C2≤70％，所述第二掺杂子层的载流子迁移率μ2的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ2，所述第二掺杂子层的电导率ε2的取值范围为0.01s/cm≤ε2≤10s/cm。
6.根据权利要求5所述的异质结电池，其特征在于，30％≤C2≤50％，45cm2V-1S-1≤μ2，0.1s/cm≤ε2≤1s/cm。
7.根据权利要求2所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第三掺杂子层的载流子迁移率μ3的取值范围为10cm2V-1S-1≤μ3，所述第三掺杂子层的电导率ε3的取值范围为0.1s/cm≤ε3≤100s/cm。
8.根据权利要求7所述的异质结太阳能电池，其特征在于，20cm2V-1S-1≤μ3，10s/cm≤ε3≤50s/cm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的异质结太阳能电池，其特征在于，在所述衬底层的另一面上叠层设置有第二本征层、第二掺杂层和第二透明导电层。
10.根据权利要求9所述的异质结太阳能电池，其特征在于，所述第一本征层的厚度h1取值范围为5nm≤h1≤11nm，所述第一掺杂层的厚度h2取值范围为5nm≤h2≤15nm，所述第二掺杂层的厚度h3的取值范围为9nm≤h3≤21nm，所述第一透明导电层的厚度h4取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二透明导电层的厚度h5取值范围为70nm≤h6≤120nm，所述第二本征层的厚度h6取值范围为5nm≤h6≤11nm。
11.一种制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
在衬底层的一面上制备第一本征层；
在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层的晶化率大于等于所述第二掺杂子层的晶化率；
在所述第三掺杂子层上沉积第一透明导电层；
在所述第一透明导电层上形成正面电极。
12.根据权利要求11所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述第一掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率，所述第三掺杂子层的电导率大于等于所述第二掺杂子层的电导率所述第二掺杂子层的载流子迁移率大于等于所述第一掺杂子层的载流子迁移率且大于等于所述第三掺杂子层的载流子迁移率。
13.根据权利要求12所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，包括：
在所述第一本征层上制备第一掺杂子层，其中，所述第一掺杂子层的制备条件满足：以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比N1的取值范围为1≤N1≤2，SiH4与H2的浓度比N2的取值范围为1/50≤N1≤1/10。
14.根据权利要求13所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，还包括：
在所述第一掺杂子层上制备第二掺杂子层，其中，所述第二掺杂子层的制备条件满足：以SiH4、PH3和CO2为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比例N3的取值范围满足0.1≤N3≤1，SiH4与CO2的浓度比例N4取值范围满足0.1≤N4≤1，SiH4与H2的浓度比例N5取值范围满足1/60≤N5≤1/20。
15.根据权利要求14所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，在所述第一本征层上依次制备第一掺杂子层、第二掺杂子层和第三掺杂子层，还包括：
在所述第二掺杂子层上制备第三掺杂子层，其中，所述第三掺杂子层的制备条件满足：以SiH4和PH3为反应气体，以H2为稀释气体，PH3与SiH4的浓度比例N6取值范围满足1≤N6≤2，SiH4与H2的浓度比例N7取值范围满足1/50≤N7≤1/10。
16.根据权利要求15所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，其中，N1＝1.7，N2＝1/30，N3＝0.8，N4＝0.3，N5＝1/50，N6＝1.7，N7＝1/35。
17.根据权利要求11-15任一项所述的制备异质结太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述衬底层的另一面上制备第二本征层；
在所述第二本征层上制备第二掺杂层；
在所述第二掺杂层上制备第二透明导电层；
在所述第二透明导电层上形成背面电极。
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